Modellierung
Im Projekt „Zukunft Eider“ sind drei computergestützte Modelle entwickelt worden, um die Entwicklung der Eider und ihres Einzugsgebietes analysieren und gezielt steuern zu können. Eine detaillierte Beschreibung der Veranlassung des Projekts findet sich unter diesem Link. Durch die Modelle werden verschiedene Aspekte erfasst – von hydrologischen und hydraulischen Prozessen bis hin zu Sedimenttransport und Anlagensteuerung. Nur durch die Kombination mehrerer Modelle können die Wechselwirkungen zwischen Wasserhaushalt, Fließgewässern und wasserbaulichen Anlagen abgebildet werden.
Die erforderlichen Untersuchungen können grob in zwei Arbeitspakete zusammengefasst werden:
Wasserwirtschaftliche Analyse (1D-Modell für Hydraulik, Wasserhaushaltsmodell):
- Mit Hilfe der Wasserhaushaltsmodellierung wird der Istzustand untersucht, es werden jedoch auch Aussagen zur zukünftigen Veränderung des Gebietes gemacht: In der Langfristbetrachtung bis zum Ende des Jahrhunderts auf der Grundlage von Szenarien zum Wandel von Klima und Sozio-Ökonomie oder in der Kurzfristbetrachtung für die Wasserstands- und Abflussvorhersage auf der Grundlage von meteorologischen Vorhersageprodukten.
Wasserbauliche Systemanalyse (3D-Modell mit Fokus auf Tideeider):
- Der Ist-Zustand der Tideeider wird untersucht und das Sedimentmanagement in der Eider durch wasserbauliche und wasserwirtschaftliche Maßnahmen optimiert. Zudem werden Zukunftsszenarien berechnet und deren Auswirkungen bewertet.
Abbildung: Übersicht über die Grenzen des Modellinstrumentariums Quelle: WSA Elbe-Nordsee
Übersicht der Modelle
Die Modelle sind so aufgebaut worden, dass sie an Schnittstellen ineinandergreifen, um das komplexe System aus Wasserhaushalt, Fließgewässern und wasserbaulichen Anlagen inklusive der Wechselwirkungen abzubilden. Die Abbildung zeigt die räumliche Ausdehnung der drei Modelle. Aufgrund der Unsicherheiten, die den Klimawandel begleiten – etwa in Bezug auf den zukünftigen Meeresspiegelanstieg – werden eine Vielzahl von Szenarien modelliert.
- Wasserhaushaltsmodell: Für die o.g. Zielstellung ist ein Wasserhaushaltsmodell aufgebaut worden, welches aufgrund der strukturellen Vielfalt des Gebietes jedoch nicht aus einem einzigen Modell besteht, sondern aus einer Kombination von verschiedenen Modellen, die miteinander – sofern fachlich erforderlich – gekoppelt sind. Es handelt sich um ein hydrologisches Modell für den Wasserhaushalt in Kombination mit einem hydraulischen Modellansatz für die Fließgewässer und einem für die Grabenentwässerung. Die Ergebnisse dieses Modells zur Erarbeitung von Lösungsansätzen für die wasserwirtschaftliche Weiterentwicklung des Eider-Treene-Systems auch als Randbedingungen für die hydrodynamisch-numerischen Modelle (HN-Modelle).
- 1D HN-Modell: Das 1D HN-Modell wird verwendet, um mit geringem Rechenaufwand eine Vielzahl von Szenarien zu simulieren und untersucht die hydrodynamischen Prozesse in der Eider und unteren Treene. Es ermöglicht sowohl eine kurz- als auch eine langfristige wasserwirtschaftliche Analyse und besitzt das Potential einer operationellen Anwendung. Das 1D HN-Modell umfasst die Binnen- und Tideeider sowie die Trenne (ab Eggebek) und die Neue Sorge (ab Sorgbrück).
- 3D HN-Modell: Dieses Modell bildet dreidimensional Hydrodynamik und den Sedimenttransport ab. Salzgehalt und Wassertemperatur wird ebenfalls berechnet. Das Modellgebiet umfasst die Außen- und Tideeider. Das Eider-Sperrwerks wird über eine Wehrsteuerung berücksichtigt. Das Modell ermöglicht es, Optimierungsvarianten abzubilden und deren Wirkung zu beschreiben. So können Optimierungsempfehlungen herausgearbeitet werden. Zudem wird das Modell genutzt, um Zukunftsszenarien zu rechnen.
Zusätzlich entsteht aus der Kombination des Wasserhaushalts- und des 1D-Modells ein Vorhersagesystem, mit dem die Auswirkungen von Ereignissen wie beispielsweise extremen Niederschlag mit einer Vorlaufzeit von einigen Tagen berechnet werden können. Dieses System steht dann im Vorfeld von Hochwasserereignissen als Entscheidungshilfe zur Verfügung (ein Kapitel zum Vorhersagesystem ist derzeit im Aufbau).
Aktueller Stand
Zum aktuellen Stand des Projektes sind die Modelle kalibriert, validiert und werden genutzt um die Szenarien zu modellieren.
Ansprechpersonen:
Wasserhaushaltsmodell: Dr. Anna Ebner von Eschenbach, BfG Referat M2; EbnerVonEschenbach@bafg.de
1D HN-Modell: Dennis Meißner, BfG Referat M2; meissner@bafg.de
3D HN-Modell: Elke Siegmann, BAW Referat K2; elke.siegmann@baw.de
Projektleitung: Jan Tiede, WSA Elbe-Nordsee Fachbereich F3; Jan.Tiede@wsv.bund.de
Quellen:
Zwischenbericht zum Projekt „Zukunft Eider" über die Projektarbeiten in der ersten Projekthälfte der Jahre 2019 bis 2022, Stand: 22.06.2023. Verfügbar unter:
„Zukunft Eider“. 3D hydrodynamisches numerisches Modell der Außen du Tideeider – Validierungsdokument. Stand: 08.03.2022. Verfügbar unter: